DIY Smart LED Dimmer Điều khiển thông qua Bluetooth: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tài liệu hướng dẫn này mô tả cách chế tạo bộ điều chỉnh độ sáng kỹ thuật số thông minh. Dimmer là một công tắc đèn phổ biến được sử dụng trong nhà ở, khách sạn và nhiều công trình kiến trúc khác. Các phiên bản cũ hơn của công tắc điều chỉnh độ sáng là bằng tay và thường kết hợp công tắc xoay (chiết áp) hoặc các nút để điều khiển mức độ ánh sáng. Tài liệu hướng dẫn này mô tả cách chế tạo bộ điều chỉnh độ sáng kỹ thuật số có hai cách kiểm soát cường độ ánh sáng; một điện thoại thông minh và các nút vật lý. Hai chế độ có thể hoạt động liền mạch với nhau để người dùng có thể tăng hoặc giảm độ sáng từ cả nút bấm và điện thoại thông minh. Dự án được thực hiện bằng cách sử dụng mô-đun SLG46620V CMIC, HC-06 Bluetooth, các nút nhấn và đèn LED.

Chúng tôi sẽ sử dụng SLG46620V CMIC vì nó giúp giảm thiểu các thành phần dự án rời rạc. IC GreenPAK ™ nhỏ và có các thành phần đa dụng, cho phép nhà thiết kế giảm bớt các thành phần và thêm các tính năng mới. Ngoài ra, chi phí dự án sau đó được giảm xuống.

SLG46620V cũng chứa giao diện kết nối SPI, khối PWM, FSM và rất nhiều khối bổ sung hữu ích trong một con chip nhỏ. Các thành phần này cho phép người dùng chế tạo bộ điều chỉnh độ sáng thông minh thực tế có thể được điều khiển thông qua thiết bị Bluetooth hoặc các nút trên tường, hỗ trợ làm mờ trong thời gian dài và bổ sung các tính năng có thể lựa chọn mà không cần sử dụng vi điều khiển hoặc các thành phần đắt tiền.

Dưới đây, chúng tôi đã mô tả các bước cần thiết để hiểu cách giải pháp đã được lập trình để tạo ra một bộ điều chỉnh độ sáng LED thông minh được điều khiển qua Bluetooth. Tuy nhiên, nếu bạn chỉ muốn lấy kết quả của việc lập trình, hãy tải phần mềm GreenPAK để xem File thiết kế GreenPAK đã hoàn thành. Cắm Bộ phát triển GreenPAK vào máy tính của bạn và nhấn chương trình để tạo bộ điều chỉnh độ sáng LED thông minh được điều khiển qua Bluetooth.

Bước 1: Tính năng và giao diện của dự án

Các tính năng của dự án:

1. Hai phương pháp kiểm soát; ứng dụng di động và các nút thực.

2. Quá trình chuyển đổi bật-tắt mượt mà cho ánh sáng. Điều này tốt hơn cho đôi mắt của người tiêu dùng. Nó cũng mang lại cảm giác sang trọng hơn, hấp dẫn đối với các khách sạn và các ngành dịch vụ khác.

3. Tính năng chế độ ngủ. Đây sẽ là một giá trị gia tăng cho ứng dụng này. Khi người dùng kích hoạt chế độ này, độ sáng đèn giảm dần trong 10 phút. Điều này giúp ích cho những người bị mất ngủ. Nó cũng hữu ích cho phòng ngủ của trẻ em và cửa hàng bán lẻ (thời gian đóng cửa).

Giao diện dự án

Giao diện dự án có bốn nút nhấn, được sử dụng làm đầu vào GreenPAK:

ON / OFF: BẬT / TẮT đèn (khởi động nhẹ / dừng).

UP: tăng mức độ ánh sáng.

Down: giảm mức độ ánh sáng.

Chế độ Ngủ: bằng cách kích hoạt chế độ ngủ, độ sáng của đèn giảm dần trong khoảng thời gian 10 phút. Điều này giúp người dùng có thời gian trước khi ngủ và đảm bảo rằng đèn sẽ không BẬT suốt đêm.

Hệ thống sẽ xuất ra tín hiệu PWM, tín hiệu này sẽ được chuyển đến đèn LED bên ngoài và đèn LED chỉ báo chế độ ngủ.

Thiết kế GreenPAK bao gồm 4 khối chính. Đầu tiên là một bộ thu UART, nhận dữ liệu từ mô-đun Bluetooth, trích xuất các lệnh và gửi chúng đến một bộ phận điều khiển. Khối thứ hai là khối điều khiển, khối này nhận lệnh đến từ bộ thu UART hoặc từ các nút bên ngoài. Bộ phận điều khiển quyết định hành động cần thiết (BẬT / TẮT, Tăng, giảm, bật chế độ nghỉ). Đơn vị này được thực hiện bằng cách sử dụng LUT.

Khối thứ ba cung cấp máy phát CLK. Trong dự án này, một bộ đếm FSM được sử dụng để điều khiển PWM. Giá trị của FSM sẽ thay đổi (lên, xuống) theo thứ tự được đưa ra bởi 3 tần số (cao, trung bình và thấp). Trong phần này, ba tần số sẽ được tạo ra và CLK yêu cầu chuyển đến FSM theo thứ tự yêu cầu; Trong hoạt động bật / tắt, tần số cao chuyển đến FSM để khởi động / dừng mềm. Trong quá trình làm mờ, tần số trung bình sẽ đi qua. Tần số thấp chuyển sang chế độ nghỉ để giảm giá trị FSM chậm hơn. Sau đó, độ sáng của ánh sáng cũng giảm từ từ. Khối thứ tư là khối PWM, tạo xung cho các đèn LED bên ngoài.

Bước 2: Thiết kế GreenPAK

Cách tốt nhất để chế tạo bộ điều chỉnh độ sáng bằng GreenPAK là sử dụng FSM 8-bit và PWM. Trong SLG46620, FSM1 chứa 8 bit và có thể được sử dụng với PWM1 và PWM2. Mô-đun Bluetooth phải được kết nối, có nghĩa là phải sử dụng đầu ra song song SPI. Các bit đầu ra song song SPI từ 0 đến 7 kết nối được kết hợp với các đầu ra DCMP1, DMCP2 và LF OSC CLK, OUT1, OUT0 OSC. PWM0 nhận đầu ra của nó từ FSM0 (16 bit). FSM0 không dừng lại ở 255; nó tăng lên đến 16383. Để giới hạn giá trị bộ đếm ở 8 bit, một FSM khác được thêm vào; FSM1 được sử dụng như một con trỏ để biết khi nào bộ đếm đạt đến 0 hoặc 255. FSM0 được sử dụng để tạo xung PWM. Vì hai giá trị của FSM phải được thay đổi cùng một lúc để có cùng giá trị, thiết kế trở nên phức tạp một chút khi trong cả hai FSM đều có CLK được xác định trước, có giới hạn, có thể lựa chọn. CNT1 và CNT3 được sử dụng làm trung gian để chuyển CLK cho cả hai FSM.

Thiết kế bao gồm các phần sau:

- Bộ thu UART

- Bộ điều khiển

- Máy phát CLK và bộ ghép kênh

- PWM

Bước 3: Bộ thu UART

Đầu tiên, chúng ta cần thiết lập mô-đun Bluetooth HC06. HC06 sử dụng giao thức UART để giao tiếp. UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver / Transmitter. UART có thể chuyển đổi dữ liệu qua lại giữa các định dạng song song và nối tiếp. Nó bao gồm một bộ thu nối tiếp sang song song và một bộ chuyển đổi song song sang nối tiếp, cả hai đều có xung nhịp riêng biệt. Dữ liệu nhận được trong HC06 sẽ được truyền đến thiết bị GreenPAK của chúng tôi. Trạng thái không hoạt động cho Pin 10 là CAO. Mọi ký tự được gửi bắt đầu bằng một bit bắt đầu logic THẤP, tiếp theo là một số bit dữ liệu có thể định cấu hình và một hoặc nhiều bit dừng logic CAO.

HC06 gửi 1 bit START, 8 bit dữ liệu và một bit STOP. Tốc độ truyền mặc định của nó là 9600. Chúng tôi sẽ gửi byte dữ liệu từ HC06 tới khối SPI của GreenPAK SLG46620V.

Vì khối SPI không có điều khiển bit START hoặc STOP, thay vào đó, các bit đó được sử dụng để bật và tắt tín hiệu đồng hồ SPI (SCLK). Khi Chân 10 ở mức THẤP, IC đã nhận được bit START, vì vậy chúng tôi sử dụng bộ dò cạnh rơi PDLY để xác định thời điểm bắt đầu giao tiếp. Máy dò cạnh rơi đó đồng hồ DFF0, cho phép tín hiệu SCLK tạo xung nhịp cho khối SPI.

Tốc độ baud của chúng tôi là 9600 bit mỗi giây, vì vậy khoảng thời gian SCLK của chúng tôi cần phải là 1/9600 = 104 µs. Do đó, chúng tôi đặt tần số OSC thành 2 MHz và sử dụng CNT0 làm bộ phân tần.

2 MHz - 1 = 0,5 µs

(104 µs / 0,5 µs) - 1 = 207

Do đó, chúng tôi muốn giá trị bộ đếm CNT0 là 207. Để đảm bảo rằng dữ liệu không bị bỏ lỡ, một nửa chu kỳ đồng hồ trên đồng hồ SPI được thêm vào để khối SPI đang được xử lý tại thời điểm thích hợp. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng CNT6, 2-bit LUT1 và Đồng hồ bên ngoài của khối OSC. Đầu ra của CNT6 không tăng cao cho đến 52 µs sau khi DFF0 được tạo xung nhịp, tức là chính xác một nửa khoảng thời gian SCLK của chúng ta là 104 µs. Khi nó lên cao, cổng AND 2 bit LUT1 cho phép tín hiệu OSC 2 MHz đi vào EXT. Đầu vào CLK0, có đầu ra được kết nối với CNT0.

Bước 4: Đơn vị điều khiển

Trong phần này, các lệnh sẽ được thực hiện theo byte nhận được từ bộ thu UART, hoặc theo tín hiệu từ các nút bên ngoài. Các chân 12, 13, 14, 15 được khởi tạo dưới dạng đầu vào và được kết nối với các nút bên ngoài.

Mỗi chân được kết nối nội bộ với đầu vào cổng OR, trong khi đầu vào thứ hai của cổng được kết nối với tín hiệu tương ứng đến từ điện thoại thông minh qua Bluetooth sẽ xuất hiện trên đầu ra SPI Parallel.

DFF6 được sử dụng để kích hoạt chế độ nghỉ trong đó đầu ra của nó thay đổi thành cao với cạnh tăng đến từ LUT4 2-bit, trong khi DFF10 được sử dụng để duy trì trạng thái chiếu sáng và đầu ra của nó thay đổi từ thấp đến cao và ngược lại với mọi cạnh tăng đến từ đầu ra 3-bit LUT10.

FSM1 là một bộ đếm 8 bit; nó cung cấp một xung cao trên đầu ra của nó khi giá trị của nó đạt đến 0 hoặc 255. Do đó, nó được sử dụng để ngăn FSM0 (16-bit) vượt quá giá trị 255, vì đầu ra của nó đặt lại DFF và nó thay đổi trạng thái DFF10 từ bật sang tắt và ngược lại nếu ánh sáng được điều khiển bằng các nút +, - và đã đạt đến mức tối đa / tối thiểu.

Các tín hiệu kết nối với đầu vào FSM1 được giữ lại, lên đến FSM0 thông qua P11 và P12 để đồng bộ hóa và giữ nguyên giá trị trên cả hai bộ đếm.

Bước 5: Bộ tạo CLK và Bộ ghép kênh

Trong phần này, ba tần số sẽ được tạo, nhưng chỉ một tần số sẽ tạo xung nhịp cho các FSM tại một thời điểm bất kỳ. Tần số đầu tiên là RC OSC, được lấy từ ma trận 0 đến P0. Tần số thứ hai là LF OSC cũng được lấy từ ma trận 0 đến P1; tần số thứ ba là đầu ra CNT7.

3-bit LUT9 và 3-bit LUT11 cho phép một tần số đi qua, theo đầu ra 3-bit LUT14. Sau đó, đồng hồ được chọn truyền tới FSM0 và FSM1 thông qua CNT1 và CNT3.

Bước 6: PWM

Cuối cùng, giá trị FSM0 chuyển thành tín hiệu PWM để xuất hiện thông qua chân 20 được khởi tạo như một đầu ra và nó được kết nối với các đèn LED bên ngoài.

Bước 7: Ứng dụng Android

Ứng dụng Android có giao diện điều khiển ảo tương tự như giao diện thực. Nó có năm nút; ON / OFF, UP, DOWN, Sleep mode và Connect. Ứng dụng Android này sẽ có thể chuyển đổi các lần nhấn nút thành một lệnh và sẽ gửi các lệnh đến mô-đun Bluetooth để thực hiện.

Ứng dụng này được tạo bằng MIT App Inventor, không yêu cầu bất kỳ kinh nghiệm lập trình nào. App Inventor cho phép nhà phát triển tạo ứng dụng cho các thiết bị sử dụng hệ điều hành Android bằng trình duyệt web bằng cách kết nối các khối lập trình. Bạn có thể nhập Ứng dụng của chúng tôi vào MIT App Inventor bằng cách nhấp vào Dự án -> Nhập dự án (.aia) từ máy tính của tôi và chọn tệp.aia đi kèm với Ghi chú ứng dụng này.

Để tạo Ứng dụng Android, một dự án mới phải được bắt đầu. Cần có năm nút: một là bộ chọn danh sách cho các thiết bị Bluetooth và các nút khác là nút điều khiển. Chúng tôi cũng cần thêm một ứng dụng khách Bluetooth. Hình 6 là ảnh chụp màn hình giao diện người dùng của Ứng dụng Android của chúng tôi.

Sau khi thêm các nút, chúng ta sẽ gán một chức năng phần mềm cho mỗi nút. Chúng ta sẽ sử dụng 4 bit để biểu diễn trạng thái của các nút. Do đó, một bit cho mỗi nút, khi bạn nhấn nút, một số cụ thể sẽ được gửi qua Bluetooth đến mạch vật lý.

Những con số này được thể hiện trong Bảng 1.

Phần kết luận

Có thể hướng dẫn này mô tả một bộ điều chỉnh độ sáng thông minh có thể được điều khiển theo hai cách; một ứng dụng Android và các nút thực. Bốn khối riêng biệt được phác thảo trong GreenPAK SLG46620V điều khiển luồng quy trình để tăng hoặc giảm PWM của đèn. Ngoài ra, tính năng Chế độ ngủ được phác thảo như một ví dụ về điều chế bổ sung có sẵn cho ứng dụng. Ví dụ được hiển thị là điện áp thấp, nhưng có thể được sửa đổi để triển khai điện áp cao hơn.